JP4875252B2 - Polycyanoaryl ether and process for producing the same - Google Patents
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Landscapes
- Polyethers (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、新規なポリシアノアリールエーテルおよびこの製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
現在、材料革命が全世界的な規模で進行しているが、プラスチックをはじめとする合成高分子材料がその中心を占め、その成形・加工性やコスト面からいまや金属材料や無機材料を凌駕している。
【0003】
このようなプラスチックは、一般的に、身の回りの日用品などに広く使われている汎用プラスチック;機械特性や耐熱性などの性能面で一段と優れた性能を有するエンジニアリングプラスチック;ならびにこのエンジニアリングプラスチックよりもう一段上の性能を有するスーパーエンジニアリングプラスチックに分類される。これらのうち、エンジニアリングプラスチックは、耐熱性(連続使用温度が約100℃以上)及び高機械特性(強度や弾性率など)を合わせ持つ高性能高分子材料であり、自動車、電子情報、精密機械などの産業分野に不可欠の材料として定着し、目覚しい発展を遂げつつあり、ポリアミド(ナイロン)、アセタール樹脂、ポリカーボネート、ポリエステル及び変性ポリフェニレンエーテルが五大エンジニアリングプラスチックと呼ばれている。
【0004】
また、スーパーエンジニアリングプラスチックは、耐熱性及び機械特性の面で在来のエンジニアリングプラスチックを上回る、より高度な性能を指向することを目的としたものであり、旧来の汎用プラスチックやエンジニアリングプラスチックに次いで、電子情報、精密機械や宇宙航空などの広い産業分野における技術革新の担い手となる素材として、注目されている。
【0005】
このスーパーエンジニアリングプラスチックは、芳香族骨格からなる高分子を基本構造としており、これらに関連する材料として、アラミド(芳香族ポリアミド)、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルケトンやポリエーテルイミドなどがあり、現在、続々と工業化されている。
【0006】
一方、芳香族ポリエーテルニトリル類(PEN)は、優れた耐熱性、耐加水分解性及び耐候性を有するスーパーエンジニアリングプラスチックとして期待される材料の一つである。この芳香族ポリエーテルニトリル類(PEN)は、上記特性に加えて、極性基であるシアノ基を有するため、ガラス繊維などとの接着性にも優れ、複合材料用マトリックスとして使用されている。しかしながら、現在製造されているPENは、可溶性に乏しいため、フィルムなどへの展開が困難であるという問題を抱えている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、優れた耐熱性、耐加水分解性及び耐候性を有する工業的に汎用性の高い新規なポリシアノアリールエーテルおよびこの製造方法を提供することである。
【0008】
本発明の他の目的は、上記特性に加えて、可溶性が改善されたポリシアノアリールエーテルおよびこの製造方法を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記問題を克服するために鋭意検討を行なった結果、芳香族ポリエーテルニトリルにフッ素原子を導入することによって、主鎖間の凝集力が弱められ、これにより可溶性を付与できることを知得した。また、本発明者らは、このようにして得られたポリシアノアリールエーテルは低いC−F結合の分極率を有するため、上述の諸性能の向上に加え、透明性の向上や吸湿性の低下が期待でき、さらに、C−F結合の結合解離エネルギーがC−H結合より大きく、耐熱性や耐放射線性の向上も期待でき、ゆえに、フッ素原子を導入することにより、本来有している性能を損なうことなく、可溶性を付与することが可能であり、従来のPENに優る新しい高性能材料の開発が期待でき、加えて、フッ素原子を導入することによって、材料の誘電率を低減させることが可能であり、電子材料としての応用も期待できることをも知得した。
【0010】
上記知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【0011】
すなわち、これらの諸目的は、下記(1)〜(8)により達成される。
【0012】
(1)下記式(1):
【0013】
【化4】
【0014】
ただし、R1は、置換基を有してもよい炭素原子数1〜12のアルキル基、置換基を有してもよい炭素原子数1〜12のアルコキシ基、置換基を有してもよい炭素原子数1〜12のアルキルアミノ基、置換基を有してもよい炭素原子数1〜12のアルキルチオ基、置換基を有してもよい炭素原子数6〜20のアリール基、置換基を有してもよい炭素原子数6〜20のアリールオキシ基、置換基を有してもよい炭素原子数6〜20のアリールアミノ基または置換基を有してもよい炭素原子数6〜20のアリールチオ基を表わし;R2は、2価の有機基を表わし;ならびにnは重合度を表わす、
で示されるポリシアノアリールエーテル。
【0015】
(2)前記式(1)において、R1は置換基を有してもよい炭素原子数6〜20のアリールオキシ基を表わす、上記(1)に記載のポリシアノアリールエーテル。
【0016】
(3)前記式(1)において、R1は置換基を有してもよいフェノキシを表わす、上記(2)に記載のポリシアノアリールエーテル。
【0017】
(4)前記式(1)において、R2は下記式:
【0018】
【化5】
【0019】
のいずれかを表わす、上記(1)〜(3)のいずれか一に記載のポリシアノアリールエーテル。
【0020】
(5)下記式(2):
【0021】
【化6】
【0022】
ただし、R1は、置換基を有してもよい炭素原子数1〜12のアルキル基、置換基を有してもよい炭素原子数1〜12のアルコキシ基、置換基を有してもよい炭素原子数1〜12のアルキルアミノ基、置換基を有してもよい炭素原子数1〜12のアルキルチオ基、置換基を有してもよい炭素原子数6〜20のアリール基、置換基を有してもよい炭素原子数6〜20のアリールオキシ基、置換基を有してもよい炭素原子数6〜20のアリールアミノ基または置換基を有してもよい炭素原子数6〜20のアリールチオ基を表わす、
で示されるテトラフルオロベンゾニトリル誘導体を、下記式(3):
【0023】
【化7】
【0024】
ただし、R2は、2価の有機基を表わす、
で示されるジヒドロキシ化合物と塩基性触媒の存在下で重合することからなる、上記(1)または(2)に記載のポリシアノアリールエーテルの製造方法。
【0025】
(6)前記テトラフルオロベンゾニトリル誘導体とジヒドロキシ化合物との重合を200℃以下の温度で重合する、上記(5)に記載の方法。
【0026】
(7)前記塩基性触媒は炭酸カリウム、炭酸カルシウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウムまたはフッ化カリウムからなる群より選ばれる少なくとも1種である、上記(5)または(6)に記載の方法。
【0027】
(8)前記ジヒドロキシ化合物は下記式:
【0028】
【化8】
【0029】
のいずれかである、上記(5)〜(7)のいずれか一に記載の方法。
【0030】
【発明の実施の形態】
本発明のポリシアノアリールエーテルは、下記式(1):
【0031】
【化9】
【0032】
で示される新規な化合物である。
【0033】
上記式(1)において、R1は、置換基を有してもよい炭素原子数1〜12のアルキル基、例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、sec−ブチル、tert−ブチル、ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル及び2−エチルヘキシル、好ましくはメチル、エチル、プロピル及びブチル;置換基を有してもよい炭素原子数1〜12のアルコキシ基、例えば、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、イソプロポキシ、ブトキシ、ペンチルオキシ、ヘキシルオキシ、2−エチルヘキシルオキシ、オクチルオキシ、ノニルオキシ、デシルオキシ、ウンデシルオキシ、ドデシルオキシ、フルフリルオキシ及びアリルオキシ、好ましくはメトキシ、エトキシ、プロポキシ、イソプロポキシ及びブトキシ;置換基を有してもよい炭素原子数1〜12のアルキルアミノ基、例えば、メチルアミノ、エチルアミノ、ジメチルアミノ、ジエチルアミノ、プロピルアミノ、n−ブチルアミノ、sec−ブチルアミノ及びtert−ブチルアミノ、好ましくはメチルアミノ、エチルアミノ、ジメチルアミノ及びジエチルアミノ;置換基を有してもよい炭素原子数1〜12のアルキルチオ基、例えば、メチルチオ、エチルチオ、プロピルチオ及びn−ブチルチオ、sec−ブチルチオ、tert−ブチルチオ及びiso−プロピルチオ、好ましくは、メチルチオ、エチルチオ及びプロピルチオ;置換基を有してもよい炭素原子数6〜20のアリール基、例えば、フェニル、ベンジル、フェネチル、o−,m−若しくはp−トリル、2,3−若しくは2,4−キシリル、メシチル、ナフチル、アントリル、フェナントリル、ビフェニリル、ベンズヒドリル、トリチル及びピレニル、好ましくはフェニルならびにo−,m−及びp−トリル;置換基を有してもよい炭素原子数6〜20のアリールオキシ基、例えば、フェノキシ、ベンジルオキシ、ヒドロキシ安息香酸及びそのエステル類(例えば、メチルエステル、エチルエステル、メトキシエチルエステル、エトキシエチルエステル、フルフリルエステル及びフェニルエステルなど;以下、同様)由来の基、ナフトキシ、o−,m−若しくはp−メチルフェノキシ、o−,m−若しくはp−フェニルフェノキシ、フェニルエチニルフェノキシ、ならびにクレソチン酸及びそのエステル類由来の基、好ましくはフェノキシ及びナフトキシ;置換基を有してもよい炭素原子数6〜20のアリールアミノ基、例えば、アニリノ、o−,m−若しくはp−トルイジノ、1,2−若しくは1,3−キシリジノ、o−,m−若しくはp−メトキシアニリノならびにアントラニル酸及びそのエステル類由来の基、好ましくはアニリノ及びo−,m−若しくはp−トルイジノ;または置換基を有してもよい炭素原子数6〜20のアリールチオ基、例えば、フェニルチオ、フェニルメタンチオ、o−,m−若しくはp−トリルチオならびにチオサリチル酸及びそのエステル類由来の基、好ましくはフェニルチオを表わす。これらのうち、置換基を有してもよいアリールオキシ基、アリールチオ基およびアリールアミノ基が好ましく、さらに、フェノキシ、フェニルチオ及びアニリノがR1として最も好ましい。
【0034】
また、上記式(1)において、R1が置換基を有するアルキル基、アルコキシ基、アルキルアミノ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールアミノ基またはアリールチオ基を表わす際に使用できる置換基としては、目的物の所望の特性に応じて適宜選択でき、特に制限されるものではないが、例えば、炭素原子数1〜12のアルキル基、例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、sec−ブチル、tert−ブチル、ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル及びドデシル;ハロゲン原子、例えば、フッ素、塩素、臭素及びヨウ素;シアノ基、ニトロ基ならびにカルボキシエステル基などが挙げられる。これらのうち、好ましくはメチル及びカルボキシエステル基である。
【0035】
さらに、上記式(1)において、R2は、2価の有機基を表わし、例えば、下記式で示される基が挙げられる。
【0036】
【化10】
【0037】
これらのうち、下記式:
【0038】
【化11】
【0039】
で示される2価の有機基がR2として好ましく、特に下記式:
【0040】
【化12】
【0041】
で示される2価の有機基がR2として好ましい。
【0042】
さらに、上記式(1)において、nは重合度を表わし、具体的には、5〜1000、好ましくは10〜500である。なお、本発明のポリシアノアリールエーテルは、上記式(1)の構成単位の同一の繰り返し単位からなるものであってもまたは異なる繰り返し単位からなるものであってもよく、後者の場合には、その繰り返し単位はブロック状であってもまたはランダム状であってもよい。
【0043】
また、本発明のポリシアノアリールエーテルの製造方法については以下に詳述するが、この記載から、式(1)で示されるポリシアノアリールエーテルの末端は、フッ素原子を含むベンゼン環側がフッ素であり、酸素原子(R2)側が水素原子であると、即ち、式(1)で示されるポリシアノアリールエーテルは下記式(4):
【0044】
【化13】
【0045】
で示されるポリマーであると考えられる。
【0046】
本発明のポリシアノアリールエーテルは、下記式(2):
【0047】
【化14】
【0048】
で示されるテトラフルオロベンゾニトリル誘導体を、下記式(3):
【0049】
【化15】
【0050】
で示されるジヒドロキシ化合物と塩基性触媒の存在下で重合することによって、製造される。この際、上記式(2)におけるR1及び上記式(3)におけるR2の定義は、上記式(1)におけるR1及びR2の定義と同様である。
【0051】
本発明において、式(2)のテトラフルオロベンゾニトリル誘導体は、公知の方法によって製造できるが、例えば、式:R1H[式中、R1は上記式(1)における定義と同様である]で示される化合物を有機溶媒中で塩基性化合物の存在下で2,3,4,5,6−ペンタフルオロベンゾニトリル(本明細書中、「PFBN」とも称する)と反応させることによって得られる。
【0052】
上記反応において、式:R1Hで示される化合物およびPFBNは、それぞれ、単一の化合物として使用されてもあるいは2種以上の式:R1Hで示される化合物および/またはPFBNの混合物の形態で使用されてもよいが、精製工程やポリマーの物性などを考慮すると、単一の化合物として使用されることが好ましい。なお、後者の場合には、使用される複数または単一のPFBNのモル数の合計が、複数または単一の式:R1Hで示される化合物のモル数の合計に等しいまたはほぼ等しいことが好ましいが、具体的には、式:R1Hで示される化合物の使用量が、PFBN 1モルに対して、好ましくは0.1〜5モル、より好ましくは0.5〜2モルである。
【0053】
上記反応において使用できる有機溶媒としては、例えば、N−メチル−2−ピロリジノン、N,N−ジメチルアセトアミド、アセトニトリル、ベンゾニトリル、ニトロベンゼン、ニトロメタン及びメタノール等の極性溶媒;ならびにこれらの極性溶媒とトルエンやキシレン等の非極性溶媒との混合溶媒などが挙げられる。これらの有機溶媒は、単独でまたは2種以上の混合物の形態で使用されてもよい。また、有機溶媒におけるPFBNの濃度は、1〜40質量%、好ましくは、5〜30質量%である。この際、トルエンや他の同様の溶媒を反応の初期段階に使用する際には、反応中に副生する水を、重合溶媒に関係なく、トルエンの共沸物として除去できる。
【0054】
また、上記反応において使用される塩基性化合物は、反応を促進させるために生成するフッ化水素を捕集するよう作用するものであることが望ましい。このような塩基性化合物としては、例えば、炭酸カリウム、炭酸カルシウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、フッ化カリウム、トリエチルアミン、トリブチルアミン及びピリジンなどが挙げられる。この際、塩基性化合物の使用量は、使用されるPFBN 1モルに対して、0.1〜5モル、好ましくは0.5〜2モルである。
【0055】
さらに、上記反応における反応条件は、R1Hで示される化合物とPFBNとの反応が効率よく進行するものであれば特に制限されるものではないが、例えば、反応は、好ましくは反応系を撹拌状態に保ちながら、通常、20〜180℃、好ましくは40〜160℃の温度で行なわれる。また、反応時間は、他の反応条件や使用する原料などにより異なるが、通常、1〜48時間、好ましくは2〜24時間である。さらに、反応は、常圧下または減圧下いずれで行ってもよいが、設備面から、常圧下で行うことが望ましい。このような反応によって得られる生成物は、反応混合物に蒸留水を注加し、ジクロロメタン、ジクロロエタンまたは四塩化炭素等の抽出剤で抽出した後、有機層を抽出物から分離し、抽出剤を留去することにより得られる。さらに、この生成物を、必要であれば、メタノールまたはエタノール等で再結晶化することによって、結晶として得てもよい。
【0056】
このようにして合成された式(2)のテトラフルオロベンゾニトリル誘導体は、上述したように、さらに式(3)のジヒドロキシ化合物と塩基性触媒の存在下で重合に供されることによって、目的の式(1)のポリシアノアリールエーテルが製造される。この際、式(2)のテトラフルオロベンゾニトリル誘導体は、上記したような抽出、再結晶化、クロマトグラフィー及び蒸留等の精製工程をへた後使用されてもまたは精製工程を行なわずにそのまま使用してもよいが、次工程の収率などを考慮すると精製された後使用することが好ましい。
【0057】
上記反応において使用される式(3)のジヒドロキシ化合物は、目的産物である式(1)のポリシアノアリールエーテルの構造に従って選択される。本発明において好ましく使用される式(3)のジヒドロキシ化合物としては、以下にしめされるように、2,2−ビス(4−ビドロキシフェニル)−1,1,1,3,3,3−へキサフルオロプロパン(以下、「6FBA」という)、4,4’−ジヒドロキシジフェニルエーテル(以下、「DPE」という)、ハイドロキノン(以下、「HQ」という)、ビスフェノールA(以下、「BA」という)、9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン(以下、「HF」という)、フェノールフタレイン(以下、「PP」という)、9,9−ビス(3−メチル−4−ヒドロキシフェニル)フルオレン(以下、「MHF」という)、1,4−ビス(ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン(以下、「CHB」という)、および4,4’−ジヒドロキシビフェニル(以下、「BP」という)が挙げられる。
【0058】
【化16】
【0059】
上記反応において、式(2)のテトラフルオロベンゾニトリル誘導体および式(3)のジヒドロキシ化合物は、それぞれ、単一の化合物として使用されてもあるいは2種以上の式(2)のテトラフルオロベンゾニトリル誘導体および/または式(3)のジヒドロキシ化合物の混合物の形態で使用されてもよいが、精製工程やポリマーの物性などを考慮すると、単一の化合物として使用されることが好ましい。なお、後者の場合には、使用される複数または単一の式(2)のテトラフルオロベンゾニトリル誘導体のモル数の合計が、複数または単一の式(3)のジヒドロキシ化合物のモル数の合計に等しいまたはほぼ等しいことが好ましいが、具体的には、式(3)のジヒドロキシ化合物の使用量は、式(2)のテトラフルオロベンゾニトリル誘導体1モルに対して、0.1〜5モル、好ましくは1〜2モルである。
【0060】
上記反応は、有機溶剤中で行なわれてまたは無溶剤下で行なわれてもよいが、有機溶剤中に行われることが好ましい。前者の場合、使用できる有機溶剤としては、例えば、N−メチル−2−ピロリジノン、N,N−ジメチルアセトアミド、アセトニトリル、ベンゾニトリル、ニトロベンゼン、ニトロメタン及びメタノール等の極性溶媒;ならびにこれらの極性溶媒とトルエンやキシレン等の非極性溶媒との混合溶媒などが挙げられる。これらの有機溶剤は、単独でまたは2種以上の混合物の形態で使用されてもよい。また、有機溶剤における式(2)のテトラフルオロベンゾニトリル誘導体の濃度は、1〜50質量%、好ましくは、5〜20質量%である。この際、トルエンや他の同様の溶剤を反応の初期段階に使用する際には、反応中に副生する水を、重合溶剤に関係なく、トルエンの共沸物として除去できる。
【0061】
また、本発明において、式(2)のテトラフルオロベンゾニトリル誘導体および式(3)のジヒドロキシ化合物の反応は、塩基性触媒の存在下で行なうことを必須とする。塩基性触媒は、式(3)のジヒドロキシ化合物による重縮合反応を促進するよう、式(3)のジヒドロキシ化合物をより反応性の高いアニオンに変える作用を有するものが好ましく、具体的には、炭酸カリウム、炭酸カルシウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウムまたはフッ化カリウムなどが挙げられる。また、塩基性触媒の使用量は、式(2)のテトラフルオロベンゾニトリル誘導体と式(3)のジヒドロキシ化合物との反応が良好に進行できる量であれば特に制限されるものではないが、式(2)のテトラフルオロベンゾニトリル誘導体 1モルに対して、通常、0.1〜5モル、好ましくは0.5〜2モルである。
【0062】
さらに、上記重合反応における反応条件は、式(2)のテトラフルオロベンゾニトリル誘導体と式(3)のジヒドロキシ化合物との反応が効率よく進行するものであれば特に制限されるものではないが、例えば、重合温度は、好ましくは200℃以下、より好ましくは20〜150℃、最も好ましくは40〜100℃である。このように低温度で反応することで、特別の設備を必要とすることなく、副反応を抑制し、ポリマーのゲル化を防止することができる。また、重合時間は、他の反応条件や使用する原料などにより異なるが、好ましくは、1〜48時間、より好ましくは2〜24時間である。さらに、重合反応は、常圧下または減圧下いずれで行ってもよいが、設備面から、常圧下で行うことが望ましい。
【0063】
上記重合反応終了後は、反応溶液より蒸発等により溶媒の除去を行ない、必要により留出物を洗浄することによって、所望のポリマーが得られる。または、反応溶液をポリマーの溶解度が低い溶媒中に加えることにより、ポリマーを固体として沈殿させ、沈殿物を濾過により分離することによって、ポリマーを得てもよい。
【0064】
【実施例】
つぎに、実施例を参照しながら、本発明をさらに詳細に説明する。
【0065】
なお、下記実施例において、物性の評価は、つぎのようにして行なった。
【0066】
下記実施例で合成されたモノマー及びポリマーの化学構造は、FT−IR(日本分光社製、FT−IR350)、ならびに1H−及び19F−NMR(Varian社製、Unity 500、操作条件は、1H−NMRでは500MHz;および19F−NMRでは470MHzであった)を用いて、CDCl3を溶媒として測定・確認した。なお、4,4’−ジフルオロベンゾフェノンを、19F−NMR測定用の内部標準として使用した。
【0067】
還元粘度の測定は、Ostwald−Fenske粘度計を用い、0.5g/100mlの濃度でかつ25℃の温度でジメチルアセトアミド(DMAc)中で行なった。
【0068】
ガラス転移温度(Tg)および溶融温度(Tm)は、窒素雰囲気中、20℃/分の昇温速度で、示差走査型熱量計(Perkin−Elmer社製、DSC7)を用いて測定した。
【0069】
熱安定性は、窒素雰囲気中、20℃/分の昇温速度で、熱重量測定装置(Perkin−Elmer社製、TGA7)を用いて測定した。
【0070】
分子量は、ポリスチレンを標準物質として用いて、ゲル透過クロマトグラフィー(GPC)によって測定した。この際、10mM/リットル LiBrを含むNMP溶液を展開溶媒として使用し、流速は0.7ml/分、およびカラム温度は40℃にて測定した。
【0071】
溶解性は、試料ポリマーを溶媒中に20質量%の濃度となるように仕込み、その溶解性の違いを観察し、その溶解性によって以下のように分類した。++:室温で溶解、+:一部溶解、±:膨潤、−:不溶。
【0072】
フィルム形成性は、試料ポリマーをトルエン中に20質量%の濃度となるように仕込み、20質量%トルエン溶液(ポリマーによっては、分散液)をガラス基板上にバーコートし、そのフィルム形成性、剛性及び色相を観察した。なお、そのフィルム形成性については、以下のように分類した。++:優秀、+:良好、±:悪い、−:極めて悪い。
【0073】
合成例1:4−フェノキシ−2,3,5,6−テトラフルオロベンゾニトリル(PtFBN)の合成
下記反応を以下のようにして行なった。
【0074】
【化17】
【0075】
詳しくは、還流管及びディーンスタークトラップ(Dean-Stark trap)を備えた100ml容のフラスコに、5.0g(53.2ミリモル)のフェノール、3.67g(26.6ミリモル)の炭酸カリウム(K2CO3)、60mlのN−メチル−2−ピロリジノン(NMP)および15mlのトルエンを仕込んだ。この混合液を、窒素気流下、130℃で2時間、共沸脱水を行ない、フェノールのカリウム塩を合成した。量論量(約1ml)の水を確認した後、トルエンを留去し、除冷した。反応液の温度が100℃に到達したところで、10.26g(53.2ミリモル)の2,3,4,5,6−ペンタフルオロベンゾニトリルを反応液に添加し、この温度を維持しながら8時間反応させた。反応終了後、蒸留水を50ml加えた後、ジクロロメタンを用いて抽出した。さらに、有機層を集めて、水洗し、硫酸ナトリウムで乾燥し、ジクロロメタンを留去することによって、褐色の油状粗生成物を得た。
【0076】
つぎに、この粗生成物を102℃/0.4mmHgで減圧蒸留した後、エタノールで再結晶化して白色結晶を得た。この際の収率は40%であった。また、得られた生成物の溶融温度は68℃であり、そのIR(KBr)スペクトル、1H−NMR(CDCl3)スペクトル及び19F−NMR(CDCl3)スペクトルを、それぞれ、図1、図2及び図3に示す。なお、19F−NMRスペクトルにおいて、19F化学シフトは、4,4’−ジフルオロベンゾフェノン=−110.1ppmに相当するppmで示される。
【0077】
実施例1:2F−PEN−6FBAの合成
下記重合反応を以下のようにして行なった。
【0078】
【化18】
【0079】
詳しくは、還流管及びディーンスタークトラップ(Dean-Stark trap)を備えた25ml容のフラスコに、0.377g(1.12ミリモル)の2,2−ビス(4−ビドロキシフェニル)−1,1,1,3,3,3−へキサフルオロプロパン(6FBA)、0.171g(1.24ミリモル)の炭酸カリウム、2.5mlのN−メチル−2−ピロリジノン(NMP)および2.5mlのトルエンを仕込んだ。この混合液を、窒素気流下、130℃で2時間、共沸脱水を行ない、6FBAのカリウム塩を合成した。量論量(約0.04ml)の水を確認した後、トルエンを留去し、放冷した。反応液の温度が80℃に到達したところで、0.300g(1.12ミリモル)の合成例1で得られたPtFBNを反応液に添加し、この温度を維持しながら20時間反応させた。
【0080】
反応終了後、この溶液を、ブレンダーで激しく撹拌しながら、1%酢酸水溶液中に注加した。析出したポリマーを濾別し、蒸留水及びメタノールで洗浄した後、減圧乾燥した。このようにして回収されたポリマーを、30wt/vol%の濃度になるように、ジメチルアセトアミド(DMAc)に溶解し、この溶液をメタノール中に攪拌下でゆっくり注加し、再沈殿法により精製した。完全に固化するまで放置した後、沈殿・固化したポリマーを濾過し、減圧乾燥した。この際の収率は86.0%であった。また、得られた生成物のガラス転移温度は163.0℃であり、そのIR(フィルム)スペクトル、1H−NMR(CDCl3)スペクトル及び19F−NMR(CDCl3)スペクトルを、それぞれ、図4、図5及び図6に示す。なお、19F−NMRスペクトルにおいて、19F化学シフトは、4,4’−ジフルオロベンゾフェノン=−110.1ppmに相当するppmで示される。
【0081】
実施例2
実施例1において、0.377g(1.12ミリモル)の6FBAの代わりに0.358g(1.12ミリモル)のPPを使用する以外は、実施例1と同様にして反応を行なうことによって、2F−PEN−PPを生成物として得た。この際の収率は94.9%であり、また、得られた生成物のガラス転移温度は235.0℃であった。
【0082】
実施例3
実施例1において、0.377g(1.12ミリモル)の6FBAの代わりに0.256g(1.12ミリモル)のBAを使用する以外は、実施例1と同様にして反応を行なうことによって、2F−PEN−BAを生成物として得た。この際の収率は86.8%であり、また、得られた生成物のガラス転移温度は143.6℃であった。
【0083】
実施例4
実施例1において、0.377g(1.12ミリモル)の6FBAの代わりに0.394g(1.12ミリモル)のHFを使用する以外は、実施例1と同様にして反応を行なうことによって、2F−PEN−HFを生成物として得た。この際の収率は93.5%であり、また、得られた生成物のガラス転移温度は232.2℃であった。
【0084】
実施例5
実施例1において、0.377g(1.12ミリモル)の6FBAの代わりに0.123g(1.12ミリモル)のHQを使用する以外は、実施例1と同様にして反応を行なうことによって、2F−PEN−HQを生成物として得た。この際の収率は85.5%であり、また、得られた生成物のガラス転移温度は145.9℃であった。
【0085】
実施例6
実施例1において、0.377g(1.12ミリモル)の6FBAの代わりに0.394g(1.12ミリモル)のCHBを使用する以外は、実施例1と同様にして反応を行なうことによって、2F−PEN−CHBを生成物として得た。この際の収率は87.4%であり、また、得られた生成物のガラス転移温度は151.8℃であった。
【0086】
実施例7
実施例1において、0.377g(1.12ミリモル)の6FBAの代わりに0.301g(1.12ミリモル)のDPEを使用する以外は、実施例1と同様にして反応を行なうことによって、2F−PEN−DPEを生成物として得た。この際の収率は87.1%であり、また、得られた生成物のガラス転移温度は142.0℃であった。
【0087】
実施例8
実施例1において、0.377g(1.12ミリモル)の6FBAの代わりに0.209g(1.12ミリモル)のBPを使用する以外は、実施例1と同様にして反応を行なうことによって、2F−PEN−BPを生成物として得た。この際の収率は90.7%であり、また、得られた生成物のガラス転移温度は179.4℃であった。
【0088】
また、実施例1〜8で得られた各生成物の還元粘度、分子量およびガラス転移温度を表1に示し、熱物性特性を表2に示す。
【0089】
【表1】
【0090】
【表2】
【0091】
実施例9
実施例1〜8で得られたポリマーについて、溶解性を評価したところ、表3に示す結果が得られた。
【0092】
【表3】
【0093】
実施例10
実施例1、3、5及び7で得られたポリマーについて、フイルム形成性を評価したところ、表4に示す結果が得られた。
【0094】
【表4】
【0095】
【発明の効果】
上述したように、本発明のポリシアノアリールエーテルは、高い機械的強度及び強靭性、優れた電気的特性を有し、通常使用される種々の溶媒に対して優れた溶解性、ならびに耐熱性、耐炎性等の優れた熱安定性、ならびに優れた被覆形成性を有するので、耐熱性材料、航空宇宙複合材料マトリックス、原子炉用複合材料マトリックス、電気絶縁材料、電磁シールド用複合材料マトリックス、燃料電池用高分子電解質(セパレーター)前駆体および導波路等の光学材料など工業的に汎用性の高い材料である。
【0096】
また、本発明のポリシアノアリールエーテルは、テトラフルオロベンゾニトリル誘導体をジヒドロキシ化合物との共重縮合反応に供することによって、特別な設備を必要とすることなく、容易にかつ効率よく製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】は、合成例1で得られたPtFBNのIRスペクトルである。
【図2】は、合成例1で得られたPtFBNの1H−NMRスペクトルである。
【図3】は、合成例1で得られたPtFBNの19F−NMRスペクトルである。
【図4】は、実施例1で得られた2F−PEN−6FBAのIRスペクトルである。
【図5】は、実施例1で得られた2F−PEN−6FBAの1H−NMRスペクトルである。
【図6】は、実施例1で得られた2F−PEN−6FBAの19F−NMRスペクトルである。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a novel polycyanoaryl ether and a method for producing the same.
[0002]
[Prior art]
Currently, the material revolution is progressing on a global scale, but synthetic polymer materials such as plastics occupy the center, and now surpass metal and inorganic materials in terms of molding, processability and cost. ing.
[0003]
Such plastics are generally general-purpose plastics widely used for daily necessities around us; engineering plastics with even better performance in terms of performance such as mechanical properties and heat resistance; and even higher than this engineering plastic It is classified as a super engineering plastic with the performance of Among these, engineering plastics are high-performance polymer materials that combine heat resistance (continuous use temperature of about 100 ° C or higher) and high mechanical properties (strength, elastic modulus, etc.), such as automobiles, electronic information, precision machinery, etc. As an indispensable material in the industrial field, polyamide (nylon), acetal resin, polycarbonate, polyester and modified polyphenylene ether are called five major engineering plastics.
[0004]
Super engineering plastics are intended to aim at higher performance than conventional engineering plastics in terms of heat resistance and mechanical properties. Next to conventional general-purpose plastics and engineering plastics, It is attracting attention as a material that plays a role in technological innovation in a wide range of industrial fields such as information, precision machinery and aerospace.
[0005]
This super-engineering plastic has a basic structure of a polymer composed of an aromatic skeleton, and related materials include aramid (aromatic polyamide), polyethersulfone, polyarylate, polyphenylene sulfide, polyetherketone and polyetherimide. Currently, it is being industrialized one after another.
[0006]
On the other hand, aromatic polyether nitriles (PEN) are one of materials expected as super engineering plastics having excellent heat resistance, hydrolysis resistance and weather resistance. These aromatic polyether nitriles (PEN) have a cyano group that is a polar group in addition to the above characteristics, and thus have excellent adhesion to glass fibers and the like, and are used as a matrix for composite materials. However, PEN currently produced has a problem that it is difficult to develop into a film or the like because of poor solubility.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a novel industrially versatile polycyanoaryl ether having excellent heat resistance, hydrolysis resistance and weather resistance, and a method for producing the same.
[0008]
Another object of the present invention is to provide a polycyanoaryl ether having improved solubility in addition to the above properties and a method for producing the same.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies to overcome the above problems, the present inventors have found that by introducing fluorine atoms into the aromatic polyether nitrile, the cohesive force between the main chains is weakened, thereby imparting solubility. I knew. In addition, since the polycyanoaryl ether obtained in this way has a low polarizability of C—F bond, in addition to the improvement of the above-mentioned various performances, the improvement of transparency and the reduction of hygroscopicity are also achieved. Furthermore, the bond dissociation energy of the C—F bond is larger than that of the C—H bond, and an improvement in heat resistance and radiation resistance can also be expected. It is possible to impart solubility without impairing the properties, and development of a new high-performance material superior to conventional PEN can be expected. In addition, by introducing fluorine atoms, the dielectric constant of the material can be reduced. I also learned that it is possible and expected to be applied as an electronic material.
[0010]
The present invention has been completed based on the above findings.
[0011]
That is, these various objects are achieved by the following (1) to (8).
[0012]
(1) The following formula (1):
[0013]
[Formula 4]
[0014]
However, R 1 Is an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms which may have a substituent, an alkoxy group having 1 to 12 carbon atoms which may have a substituent, and 1 carbon atom which may have a substituent. -12 alkylamino group, optionally substituted alkylthio group having 1 to 12 carbon atoms, optionally substituted aryl group having 6 to 20 carbon atoms, and substituents. Represents a good aryloxy group having 6 to 20 carbon atoms, an arylamino group having 6 to 20 carbon atoms which may have a substituent, or an arylthio group having 6 to 20 carbon atoms which may have a substituent. R 2 Represents a divalent organic group; and n represents the degree of polymerization.
A polycyanoaryl ether represented by
[0015]
(2) In the formula (1), R 1 Represents an aryloxy group having 6 to 20 carbon atoms which may have a substituent, and the polycyanoaryl ether according to (1) above.
[0016]
(3) In the formula (1), R 1 Represents the phenoxy which may have a substituent, The polycyano aryl ether as described in said (2).
[0017]
(4) In the formula (1), R 2 Is the following formula:
[0018]
[Chemical formula 5]
[0019]
The polycyanoaryl ether according to any one of (1) to (3), which represents any one of
[0020]
(5) The following formula (2):
[0021]
[Chemical 6]
[0022]
However, R 1 Is an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms which may have a substituent, an alkoxy group having 1 to 12 carbon atoms which may have a substituent, and 1 carbon atom which may have a substituent. -12 alkylamino group, optionally substituted alkylthio group having 1 to 12 carbon atoms, optionally substituted aryl group having 6 to 20 carbon atoms, and substituents. Represents an aryloxy group having 6 to 20 carbon atoms, an arylamino group having 6 to 20 carbon atoms which may have a substituent, or an arylthio group having 6 to 20 carbon atoms which may have a substituent ,
A tetrafluorobenzonitrile derivative represented by the following formula (3):
[0023]
[Chemical 7]
[0024]
However, R 2 Represents a divalent organic group,
A process for producing a polycyanoaryl ether according to the above (1) or (2), which comprises polymerizing in the presence of a dihydroxy compound and a basic catalyst.
[0025]
(6) The method according to (5) above, wherein the polymerization of the tetrafluorobenzonitrile derivative and the dihydroxy compound is performed at a temperature of 200 ° C. or lower.
[0026]
(7) The method according to (5) or (6), wherein the basic catalyst is at least one selected from the group consisting of potassium carbonate, calcium carbonate, potassium hydroxide, calcium hydroxide, or potassium fluoride.
[0027]
(8) The dihydroxy compound has the following formula:
[0028]
[Chemical 8]
[0029]
The method according to any one of (5) to (7) above, wherein
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The polycyanoaryl ether of the present invention has the following formula (1):
[0031]
[Chemical 9]
[0032]
It is a novel compound shown by these.
[0033]
In the above formula (1), R 1 Is an optionally substituted alkyl group having 1 to 12 carbon atoms such as methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, sec-butyl, tert-butyl, pentyl, isopentyl, neopentyl, hexyl, Heptyl, octyl, nonyl, decyl, undecyl, dodecyl and 2-ethylhexyl, preferably methyl, ethyl, propyl and butyl; optionally substituted alkoxy groups having 1 to 12 carbon atoms such as methoxy, ethoxy, Propoxy, isopropoxy, butoxy, pentyloxy, hexyloxy, 2-ethylhexyloxy, octyloxy, nonyloxy, decyloxy, undecyloxy, dodecyloxy, furfuryloxy and allyloxy, preferably methoxy, ethoxy, propoxy, i Propoxy and butoxy; optionally substituted alkylamino groups having 1 to 12 carbon atoms such as methylamino, ethylamino, dimethylamino, diethylamino, propylamino, n-butylamino, sec-butylamino and tert -Butylamino, preferably methylamino, ethylamino, dimethylamino and diethylamino; optionally substituted alkylthio groups having 1 to 12 carbon atoms, such as methylthio, ethylthio, propylthio and n-butylthio, sec-butylthio , Tert-butylthio and iso-propylthio, preferably methylthio, ethylthio and propylthio; optionally substituted aryl group having 6 to 20 carbon atoms, such as phenyl, benzyl, phenethyl, o-, m- or p-tolyl, , 3- or 2,4-xylyl, mesityl, naphthyl, anthryl, phenanthryl, biphenylyl, benzhydryl, trityl and pyrenyl, preferably phenyl and o-, m- and p-tolyl; optionally substituted carbon atoms 6 to 20 aryloxy groups such as phenoxy, benzyloxy, hydroxybenzoic acid and esters thereof (for example, methyl ester, ethyl ester, methoxyethyl ester, ethoxyethyl ester, furfuryl ester and phenyl ester; The same) groups derived from naphthoxy, o-, m- or p-methylphenoxy, o-, m- or p-phenylphenoxy, phenylethynylphenoxy and groups derived from cresotinic acid and its esters, preferably phenoxy and na Ftoxy; optionally substituted arylamino group having 6 to 20 carbon atoms, such as anilino, o-, m- or p-toluidino, 1,2- or 1,3-xylidino, o-, m -Or p-methoxyanilino and a group derived from anthranilic acid and its esters, preferably anilino and o-, m- or p-toluidino; or an optionally substituted arylthio group having 6 to 20 carbon atoms For example, phenylthio, phenylmethanethio, o-, m- or p-tolylthio and groups derived from thiosalicylic acid and its esters, preferably phenylthio. Among these, an aryloxy group, an arylthio group and an arylamino group which may have a substituent are preferable, and further, phenoxy, phenylthio and anilino are R 1 As the most preferred.
[0034]
In the above formula (1), R 1 Substituents that can be used to represent an alkyl group, an alkoxy group, an alkylamino group, an alkylthio group, an aryl group, an aryloxy group, an arylamino group, or an arylthio group having a substituent are determined according to the desired characteristics of the target product. Although not particularly limited, for example, an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms such as methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, sec-butyl, tert-butyl, pentyl, Examples include isopentyl, neopentyl, hexyl, heptyl, octyl, nonyl, decyl, undecyl and dodecyl; halogen atoms such as fluorine, chlorine, bromine and iodine; cyano group, nitro group and carboxyester group. Of these, methyl and carboxyester groups are preferred.
[0035]
Further, in the above formula (1), R 2 Represents a divalent organic group, and examples thereof include a group represented by the following formula.
[0036]
[Chemical Formula 10]
[0037]
Of these, the following formula:
[0038]
Embedded image
[0039]
The divalent organic group represented by R is R 2 As the following formula:
[0040]
Embedded image
[0041]
The divalent organic group represented by R is R 2 As preferred.
[0042]
Further, in the above formula (1), n represents the degree of polymerization, specifically 5 to 1000, preferably 10 to 500. The polycyanoaryl ether of the present invention is composed of the same repeating unit of the structural unit of the above formula (1). The Or in the latter case, the repeating unit may be in the form of a block. The Or random.
[0043]
Moreover, although the manufacturing method of the polycyanoaryl ether of this invention is explained in full detail below, the terminal of the polycyanoaryl ether shown by Formula (1) is fluorine on the benzene ring side containing a fluorine atom from this description. , Oxygen atom (R 2 ) Side is a hydrogen atom, that is, the polycyanoaryl ether represented by the formula (1) is represented by the following formula (4):
[0044]
Embedded image
[0045]
It is thought that it is a polymer shown by.
[0046]
The polycyanoaryl ether of the present invention has the following formula (2):
[0047]
Embedded image
[0048]
A tetrafluorobenzonitrile derivative represented by the following formula (3):
[0049]
Embedded image
[0050]
It is manufactured by polymerizing in the presence of a basic catalyst and a dihydroxy compound represented by At this time, R in the above formula (2) 1 And R in the above formula (3) 2 Is defined as R in the above formula (1). 1 And R 2 It is the same as the definition of.
[0051]
In the present invention, the tetrafluorobenzonitrile derivative of the formula (2) can be produced by a known method. For example, the formula: R 1 H [wherein R 1 Is the same as defined in the above formula (1)] in the presence of a basic compound in an organic solvent in the presence of 2,3,4,5,6-pentafluorobenzonitrile (in the present specification, “ (Also referred to as “PFBN”).
[0052]
In the above reaction, the formula: R 1 The compound represented by H and PFBN may each be used as a single compound or two or more of the formulas: R 1 Although it may be used in the form of a mixture of a compound represented by H and / or PFBN, it is preferably used as a single compound in consideration of the purification process and the physical properties of the polymer. In the latter case, the total number of moles of the plural or single PFBN used is the plural or single formula: R 1 It is preferably equal to or approximately equal to the total number of moles of the compound represented by H. 1 The amount of the compound represented by H is preferably 0.1 to 5 mol, more preferably 0.5 to 2 mol, relative to 1 mol of PFBN.
[0053]
Examples of the organic solvent that can be used in the above reaction include polar solvents such as N-methyl-2-pyrrolidinone, N, N-dimethylacetamide, acetonitrile, benzonitrile, nitrobenzene, nitromethane, and methanol; and these polar solvents and toluene, Examples thereof include a mixed solvent with a nonpolar solvent such as xylene. These organic solvents may be used alone or in the form of a mixture of two or more. Moreover, the density | concentration of PFBN in an organic solvent is 1-40 mass%, Preferably, it is 5-30 mass%. In this case, when toluene or other similar solvent is used in the initial stage of the reaction, water produced as a by-product during the reaction can be removed as an azeotrope of toluene regardless of the polymerization solvent.
[0054]
Moreover, it is desirable that the basic compound used in the above reaction acts to collect hydrogen fluoride generated to promote the reaction. Examples of such basic compounds include potassium carbonate, calcium carbonate, potassium hydroxide, calcium hydroxide, potassium fluoride, triethylamine, tributylamine, and pyridine. Under the present circumstances, the usage-amount of a basic compound is 0.1-5 mol with respect to 1 mol of PFBN used, Preferably it is 0.5-2 mol.
[0055]
Further, the reaction conditions in the above reaction are R 1 The reaction is not particularly limited as long as the reaction between the compound represented by H and PFBN proceeds efficiently. For example, the reaction is usually 20 to 180 ° C. while preferably maintaining the reaction system in a stirred state. It is preferably carried out at a temperature of 40 to 160 ° C. Moreover, although reaction time changes with other reaction conditions, the raw material to be used, etc., it is 1-48 hours normally, Preferably it is 2-24 hours. Furthermore, the reaction may be carried out under normal pressure or under reduced pressure, but it is desirable to carry out under normal pressure from the viewpoint of equipment. The product obtained by such a reaction is obtained by adding distilled water to the reaction mixture and extracting with an extractant such as dichloromethane, dichloroethane, or carbon tetrachloride, and then separating the organic layer from the extract and distilling the extractant. It is obtained by leaving. Furthermore, if necessary, this product may be obtained as crystals by recrystallization from methanol or ethanol.
[0056]
The tetrafluorobenzonitrile derivative of the formula (2) synthesized as described above is further subjected to polymerization in the presence of a dihydroxy compound of the formula (3) and a basic catalyst as described above, and thereby the target A polycyanoaryl ether of formula (1) is prepared. At this time, the tetrafluorobenzonitrile derivative of the formula (2) may be used after being subjected to purification steps such as extraction, recrystallization, chromatography and distillation as described above, or may be used as it is without performing the purification step. However, considering the yield of the next step, etc., it is preferably used after being purified.
[0057]
The dihydroxy compound of formula (3) used in the above reaction is selected according to the structure of the polycyanoaryl ether of formula (1) which is the target product. As the dihydroxy compound of the formula (3) preferably used in the present invention, as described below, 2,2-bis (4-bidroxyphenyl) -1,1,1,3,3,3- Hexafluoropropane (hereinafter referred to as “6FBA”), 4,4′-dihydroxydiphenyl ether (hereinafter referred to as “DPE”), hydroquinone (hereinafter referred to as “HQ”), bisphenol A (hereinafter referred to as “BA”), 9,9-bis (4-hydroxyphenyl) fluorene (hereinafter referred to as “HF”), phenolphthalein (hereinafter referred to as “PP”), 9,9-bis (3-methyl-4-hydroxyphenyl) fluorene ( Hereinafter, referred to as “MHF”), 1,4-bis (hydroxyphenyl) cyclohexane (hereinafter referred to as “CHB”), and 4,4′-dihydro Shi biphenyl (hereinafter referred to as "BP"), and the like.
[0058]
Embedded image
[0059]
In the above reaction, the tetrafluorobenzonitrile derivative of the formula (2) and the dihydroxy compound of the formula (3) may be used as a single compound, respectively, or two or more kinds of the tetrafluorobenzonitrile derivatives of the formula (2) And / or may be used in the form of a mixture of dihydroxy compounds of the formula (3), but it is preferably used as a single compound in consideration of the purification process and the physical properties of the polymer. In the latter case, the total number of moles of the plural or single tetrafluorobenzonitrile derivatives of the formula (2) used is the sum of the number of moles of the plural or single dihydroxy compound of the formula (3). It is preferable that the amount of the dihydroxy compound of the formula (3) used is 0.1 to 5 mol with respect to 1 mol of the tetrafluorobenzonitrile derivative of the formula (2). Preferably it is 1-2 mol.
[0060]
The reaction may be performed in an organic solvent or in the absence of a solvent, but is preferably performed in an organic solvent. In the former case, usable organic solvents include, for example, polar solvents such as N-methyl-2-pyrrolidinone, N, N-dimethylacetamide, acetonitrile, benzonitrile, nitrobenzene, nitromethane, and methanol; and these polar solvents and toluene And a mixed solvent with a nonpolar solvent such as xylene. These organic solvents may be used alone or in the form of a mixture of two or more. Moreover, the density | concentration of the tetrafluoro benzonitrile derivative of Formula (2) in an organic solvent is 1-50 mass%, Preferably, it is 5-20 mass%. In this case, when toluene or other similar solvent is used in the initial stage of the reaction, water produced as a by-product during the reaction can be removed as an azeotrope of toluene regardless of the polymerization solvent.
[0061]
In the present invention, it is essential that the reaction of the tetrafluorobenzonitrile derivative of the formula (2) and the dihydroxy compound of the formula (3) is performed in the presence of a basic catalyst. The basic catalyst preferably has a function of converting the dihydroxy compound of formula (3) into a more reactive anion so as to promote the polycondensation reaction by the dihydroxy compound of formula (3). Examples thereof include potassium, calcium carbonate, potassium hydroxide, calcium hydroxide, and potassium fluoride. The amount of the basic catalyst used is not particularly limited as long as the reaction between the tetrafluorobenzonitrile derivative of formula (2) and the dihydroxy compound of formula (3) can proceed satisfactorily. The tetrafluorobenzonitrile derivative (2) is usually 0.1 to 5 mol, preferably 0.5 to 2 mol, per 1 mol.
[0062]
Furthermore, the reaction conditions in the polymerization reaction are not particularly limited as long as the reaction between the tetrafluorobenzonitrile derivative of formula (2) and the dihydroxy compound of formula (3) proceeds efficiently, The polymerization temperature is preferably 200 ° C. or lower, more preferably 20 to 150 ° C., and most preferably 40 to 100 ° C. By reacting at such a low temperature, side reactions can be suppressed and gelation of the polymer can be prevented without requiring special equipment. Moreover, although superposition | polymerization time changes with other reaction conditions, the raw material to be used, etc., Preferably it is 1-48 hours, More preferably, it is 2-24 hours. Furthermore, the polymerization reaction may be performed under normal pressure or under reduced pressure, but it is preferable to perform under normal pressure from the viewpoint of equipment.
[0063]
After completion of the polymerization reaction, the solvent is removed from the reaction solution by evaporation or the like, and the distillate is washed as necessary to obtain a desired polymer. Alternatively, the polymer may be obtained by adding the reaction solution in a solvent having low polymer solubility to precipitate the polymer as a solid, and separating the precipitate by filtration.
[0064]
【Example】
Next, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
[0065]
In the following examples, physical properties were evaluated as follows.
[0066]
The chemical structures of the monomers and polymers synthesized in the following examples are FT-IR (manufactured by JASCO Corporation, FT-IR350), and 1 H- and 19 F-NMR (manufactured by Varian, Unity 500, operating conditions are: 1 500 MHz for H-NMR; and 19 Was 470 MHz in F-NMR), and CDCl Three Was measured and confirmed as a solvent. In addition, 4,4′-difluorobenzophenone 19 Used as internal standard for F-NMR measurement.
[0067]
The measurement of the reduced viscosity was carried out in dimethylacetamide (DMAc) using an Ostwald-Fenske viscometer at a concentration of 0.5 g / 100 ml and a temperature of 25 ° C.
[0068]
The glass transition temperature (Tg) and the melting temperature (Tm) were measured using a differential scanning calorimeter (Perkin-Elmer, DSC7) at a heating rate of 20 ° C./min in a nitrogen atmosphere.
[0069]
Thermal stability was measured using a thermogravimetric apparatus (Perkin-Elmer, TGA7) at a heating rate of 20 ° C./min in a nitrogen atmosphere.
[0070]
The molecular weight was measured by gel permeation chromatography (GPC) using polystyrene as a standard substance. At this time, an NMP solution containing 10 mM / liter LiBr was used as a developing solvent, the flow rate was 0.7 ml / min, and the column temperature was 40 ° C.
[0071]
For the solubility, the sample polymer was charged in a solvent so as to have a concentration of 20% by mass, the difference in solubility was observed, and classified according to the solubility as follows. ++: dissolved at room temperature, +: partially dissolved, ±: swollen, −: insoluble.
[0072]
The film formability is such that the sample polymer is charged to a concentration of 20% by mass in toluene, and a 20% by mass toluene solution (dispersion liquid depending on the polymer) is bar-coated on the glass substrate. And the hue was observed. In addition, about the film formation property, it classified as follows. ++: excellent, +: good, ±: bad, −: extremely bad.
[0073]
Synthesis Example 1: Synthesis of 4-phenoxy-2,3,5,6-tetrafluorobenzonitrile (PtFBN)
The following reaction was performed as follows.
[0074]
Embedded image
[0075]
Specifically, a 100 ml flask equipped with a reflux tube and a Dean-Stark trap was charged with 5.0 g (53.2 mmol) phenol, 3.67 g (26.6 mmol) potassium carbonate (K 2 CO Three ), 60 ml N-methyl-2-pyrrolidinone (NMP) and 15 ml toluene. This mixed solution was subjected to azeotropic dehydration for 2 hours at 130 ° C. in a nitrogen stream to synthesize a phenol potassium salt. After confirming a stoichiometric amount (about 1 ml) of water, toluene was distilled off and the mixture was cooled. When the temperature of the reaction solution reached 100 ° C., 10.26 g (53.2 mmol) of 2,3,4,5,6-pentafluorobenzonitrile was added to the reaction solution, and the temperature was maintained while maintaining this temperature. Reacted for hours. After completion of the reaction, 50 ml of distilled water was added, followed by extraction with dichloromethane. Further, the organic layer was collected, washed with water, dried over sodium sulfate, and dichloromethane was distilled off to obtain a brown oily crude product.
[0076]
Next, this crude product was distilled under reduced pressure at 102 ° C./0.4 mmHg, and then recrystallized with ethanol to obtain white crystals. The yield at this time was 40%. Further, the melting temperature of the obtained product is 68 ° C., and its IR (KBr) spectrum, 1 H-NMR (CDCl Three ) Spectrum and 19 F-NMR (CDCl Three ) The spectra are shown in FIG. 1, FIG. 2 and FIG. 3, respectively. In addition, 19 In the F-NMR spectrum: 19 The F chemical shift is given in ppm corresponding to 4,4′-difluorobenzophenone = −110.1 ppm.
[0077]
Example 1: Synthesis of 2F-PEN-6FBA
The following polymerization reaction was performed as follows.
[0078]
Embedded image
[0079]
Specifically, in a 25 ml flask equipped with a reflux tube and a Dean-Stark trap, 0.377 g (1.12 mmol) of 2,2-bis (4-bidoxyphenyl) -1,1 , 1,3,3,3-hexafluoropropane (6FBA), 0.171 g (1.24 mmol) potassium carbonate, 2.5 ml N-methyl-2-pyrrolidinone (NMP) and 2.5 ml toluene Was charged. This mixed solution was subjected to azeotropic dehydration at 130 ° C. for 2 hours under a nitrogen stream to synthesize 6FBA potassium salt. After confirming a stoichiometric amount (about 0.04 ml) of water, toluene was distilled off and the mixture was allowed to cool. When the temperature of the reaction solution reached 80 ° C., 0.300 g (1.12 mmol) of PtFBN obtained in Synthesis Example 1 was added to the reaction solution and reacted for 20 hours while maintaining this temperature.
[0080]
After completion of the reaction, this solution was poured into a 1% aqueous acetic acid solution with vigorous stirring using a blender. The precipitated polymer was separated by filtration, washed with distilled water and methanol, and then dried under reduced pressure. The polymer recovered in this manner was dissolved in dimethylacetamide (DMAc) so as to have a concentration of 30 wt / vol%, and this solution was slowly poured into methanol with stirring and purified by a reprecipitation method. . After leaving to solidify completely, the precipitated and solidified polymer was filtered and dried under reduced pressure. The yield at this time was 86.0%. Moreover, the glass transition temperature of the obtained product is 163.0 degreeC, The IR (film) spectrum, 1 H-NMR (CDCl Three ) Spectrum and 19 F-NMR (CDCl Three ) The spectra are shown in FIGS. 4, 5 and 6, respectively. In addition, 19 In the F-NMR spectrum: 19 The F chemical shift is given in ppm corresponding to 4,4′-difluorobenzophenone = −110.1 ppm.
[0081]
Example 2
In Example 1, the reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that 0.358 g (1.12 mmol) of PP was used instead of 0.377 g (1.12 mmol) of 6FBA. -PEN-PP was obtained as product. The yield at this time was 94.9%, and the glass transition temperature of the obtained product was 235.0 ° C.
[0082]
Example 3
In Example 1, the reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that 0.256 g (1.12 mmol) of BA was used instead of 0.377 g (1.12 mmol) of 6FBA. -PEN-BA was obtained as product. The yield at this time was 86.8%, and the glass transition temperature of the obtained product was 143.6 ° C.
[0083]
Example 4
In Example 1, the reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that 0.394 g (1.12 mmol) of HF was used instead of 0.377 g (1.12 mmol) of 6FBA. -PEN-HF was obtained as product. The yield at this time was 93.5%, and the glass transition temperature of the obtained product was 232.2 ° C.
[0084]
Example 5
In Example 1, the reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that 0.123 g (1.12 mmol) of HQ was used instead of 0.377 g (1.12 mmol) of 6FBA. -PEN-HQ was obtained as product. The yield at this time was 85.5%, and the glass transition temperature of the obtained product was 145.9 ° C.
[0085]
Example 6
In Example 1, the reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that 0.394 g (1.12 mmol) of CHB was used instead of 0.377 g (1.12 mmol) of 6FBA. -PEN-CHB was obtained as product. The yield at this time was 87.4%, and the glass transition temperature of the obtained product was 151.8 ° C.
[0086]
Example 7
In Example 1, the reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that 0.301 g (1.12 mmol) of DPE was used instead of 0.377 g (1.12 mmol) of 6FBA. -PEN-DPE was obtained as product. The yield at this time was 87.1%, and the glass transition temperature of the obtained product was 142.0 ° C.
[0087]
Example 8
In Example 1, the reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that 0.209 g (1.12 mmol) of BP was used instead of 0.377 g (1.12 mmol) of 6FBA. -PEN-BP was obtained as product. The yield at this time was 90.7%, and the glass transition temperature of the obtained product was 179.4 ° C.
[0088]
Table 1 shows the reduced viscosity, molecular weight, and glass transition temperature of each product obtained in Examples 1 to 8, and Table 2 shows the thermophysical properties.
[0089]
[Table 1]
[0090]
[Table 2]
[0091]
Example 9
About the polymer obtained in Examples 1-8, when the solubility was evaluated, the result shown in Table 3 was obtained.
[0092]
[Table 3]
[0093]
Example 10
For the polymers obtained in Examples 1, 3, 5 and 7, the film forming properties were evaluated. The results shown in Table 4 were obtained.
[0094]
[Table 4]
[0095]
【Effect of the invention】
As described above, the polycyanoaryl ether of the present invention has high mechanical strength and toughness, excellent electrical properties, excellent solubility in various commonly used solvents, and heat resistance. Excellent thermal stability such as flame resistance, and excellent coating formation, so heat resistant materials, aerospace composite matrix, nuclear reactor composite matrix, electrical insulation material, electromagnetic shielding composite matrix, fuel cell Industrially versatile materials such as polymer electrolyte (separator) precursors and optical materials such as waveguides.
[0096]
In addition, the polycyanoaryl ether of the present invention can be easily and efficiently produced without requiring special equipment by subjecting the tetrafluorobenzonitrile derivative to a copolycondensation reaction with a dihydroxy compound.
[Brief description of the drawings]
1 is an IR spectrum of PtFBN obtained in Synthesis Example 1. FIG.
FIG. 2 shows PtFBN obtained in Synthesis Example 1. 1 It is a 1 H-NMR spectrum.
FIG. 3 shows PtFBN obtained in Synthesis Example 1. 19 It is a F-NMR spectrum.
4 is an IR spectrum of 2F-PEN-6FBA obtained in Example 1. FIG.
FIG. 5 shows the 2F-PEN-6FBA obtained in Example 1. 1 It is a 1 H-NMR spectrum.
FIG. 6 shows the 2F-PEN-6FBA obtained in Example 1. 19 It is a F-NMR spectrum.
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